無論是六氟化硫還是四氟化碳,都是能引發溫室效應的溫室氣體,在我們的生產生活當中,這兩種群體也時常見到。如果能將這兩種氣體在使用完畢之后變轉化回收,不是直接散發到空氣中,將在極大程度上保護環境。利用高溫電漿火炬進行對CF4與SF6兩種全氟溫室氣體轉化就是目前科學家研究的事情。
利用高溫電漿火炬進行對CF4與SF6兩種全氟溫室氣體轉化,并利用傅立葉轉換紅外線光譜儀進行產物分析,探討O2進料流量、載氣流量、微波功率與全氟化物進料濃度對轉化效果與產物生成之影響,針對全氟化物建立一反應熱力學模型,將其計算結果與實驗值相比較,藉由轉化率與產物組成來預估反應器之反應溫度并驗證模型準確性,最后利用PECVD系統模擬半導體實廠測試,評估高溫火炬電漿應用于半導體廠全氟廢氣削減之可行性。
研究發現,添加與全氟化物等比例的O2可以有效抑制CFx及SFy自由基與F原子的再結合反應,維持電漿實際之解離效果;提高全氟化物進料濃度(流量)會使轉化效果降低,但能量使用效率則較高;另外載氣流量與微波功率決定電漿火炬反應器之溫度,提高微波功率或降低載氣流量皆可提高反應器溫度,使轉化效果提升。
將熱力學模型計算值與實驗結果進行比較,可預估本研究削減CF4的溫度介于1400~1800K間,而SF6則介于1200~1500K間;CO、NO、SOF2及SO2F2之模型計算值與實驗值有所差異,主要由于上列物種可能于冷卻腔體或管線中持續與O2反應,使產物趨勢發生變化;其馀產物趨勢皆與實驗值相近,證明本研究之熱力學模型具相當之準確性。
利用PECVD系統模擬蝕刻/腔體清潔之制程尾氣,發現PECVD系統對SF6的解離效果不佳,因此將製程尾氣導入電漿火炬進行削減,藉由調整微波功率可使轉化效果達90%以上,證明高溫電漿火炬應用于半導體全氟廢氣削減具有極佳之效果。